为了将涡流法应用于S136模具钢的表面硬度无损检测,从试验方法和传感器检测灵敏度分析 2 个方面展开研究.

　　首先,采用不同热处理工艺,制备了硬度不同的 45 号钢和 S136 钢试样,得到了硬度与回火温度的关系曲线

　　其次,利用涡流测试系统(常规测试系统)对所有试样进行检测,将得到的阻抗幅值与试样硬度进行回归分析,结果表明：在45 号钢中,阻抗幅值与硬度呈良好线性关系,而在 S136 钢中,阻抗幅值与硬度呈非线性关系

　　最后,对比分析了 3 种不同传感器对硬度的检测灵敏度,当线圈电感值越大时,检测灵敏度越高. 另外,制作了另一种电磁传感器并搭建相关试验平台,对 45 号钢和 S136 钢试样硬度进行测试,测试结果与常规涡流传感器测试结果趋势一致,相互验证了试验方法和数据处理方法的可靠性. 上述研究结论显示,涡流检测可以实现模具钢硬度的快速、无损检测,测试方法和系统有望应用于工程实际.

　　为提高塑料模具钢(如 45 号钢和 S136 钢) 的使用寿命,常对模具钢进行适当的热处理,以改善其表面硬度等力学性能[1‐2]

　　不同类型模具对表面硬度的要求不同,经过热处理后的模具一般需进行破坏性取样,再进行硬度测试,以对模具钢热处理质量进行评估. 由于取样的测试方法不适用于零部件生产线,急需发展无损的硬度测试方法.电磁无损检测通过检测材料磁导率、电导率等参数的变化,实现材料微观结构的无损评价. 例如涡流法,其检测线圈的阻抗变化可用于反映材料内部金相成分的改变.

　　应用涡流探头检测不同珠光体体积分数的球墨铸铁,并通过回归分析可以看出涡流检测线圈阻抗幅值与球墨铸铁的化学组分具有一定的线性关系,故而可以通过拟合方程确定球墨铸铁的化学组分. Kashefi 等[4] 用磁学检测技术对不同回火温度的 AISI 340 合金钢进行检测,结果表明涡流检测线圈阻抗幅值可以有效检测回火后合金钢的微观组织,分辨出回火温度在300 ~ 400 ℃ 发生回火马氏体脆化的试样. 通过有限元分析建立了残余奥氏体体积分数与涡流检测线圈阻抗幅值( 幅值和相位) 之间的关系.

　　由于表面硬度亦受微观结构影响,因此通过合理的标定试验,可以建立其涡流阻抗参数与表面硬度间的关联,由此实现硬度的涡流无损表征或检测.Khan 等[6]基于涡流检测技术研究了 350 马氏体时效钢在不同温度下随时间的硬度变化规律,结果表明涡流检测线圈阻抗幅值可以表征热处理效果. Zergoug 等[7]通过涡流检测的方法,建立了硬度与阻抗之间的关系,表明该方法可以无损地检测和定量分析材料的力学性能. Liu 等[8] 同样建立了涡流检测线圈阻抗幅值与冷轧 AISI 321 不锈钢硬度之间的关系方程,从而可以准确预测试件的硬度.本文首先采用不同热处理方式,制备了 2 批硬度不同的(45 号钢和 S136 钢) 试样. 其次,分别对所有试样进行涡流和表面硬度检测,得到阻抗幅值与硬度间的关系方程. 通过对比测试,分析了传感器电特性参数对硬度检测灵敏度的影响规律. 另外,制作了另一种针式电磁传感器并搭建相应的测试平台,通过 2 种不同的传感器和试验平台相互验证结果的可靠性.

　　结论：

　　1) 在一定范围内,45 号钢硬度与涡流检测线圈阻抗幅值保持一定的线性关系,其线性拟合系数为 0. 92. S136 钢硬度与涡流检测线圈阻抗幅值呈现抛物线非线性关系,其拟合系数为 0. 94.

　　2) 通过采用 3 种不同的涡流传感器测试 45 号钢和 S136 钢硬度,可以发现传感器的电感值对测试结果有很大影响,传感器本身电感值越大,传感器灵敏度越高,越容易分辨硬度变化量.

　　3) 采用第 2 种测试平台和传感器对 45 号钢和S136 钢硬度进行评估,可以看出测试结果与第 1 种测试平台得到的测试结果趋势一致,相互验证了试验方法与数据处理方法的可靠性.